1.4.1. PHƢƠNG PHÁP SẤY BỨC XẠ HỒNG NGOẠI [1], [5], [7]
1.4.1.1. Khái niệm về sấy bức xạ hồng ngoại:
Sấy bức xạ hồng ngoại là phƣơng pháp sấy vật liệu bằng nguồn nhiệt hồng ngoại. Năng lƣợng các tia hồng ngoại xuyên vào và hấp thụ trong thể tích vật liệu làm thay đổi trƣờng nhiệt độ.
Tia hồng ngoại có bƣớc sóng 0,76 ÷ 340µm phát tia bức xạ mà vật liệu ẩm có khả năng hấp thụ nhiều, nhƣng việc chọn nguồn bức xạ để sấy cần liên hệ đến đặc tính phổ quang học của vật liệu ẩm và các yêu cầu công nghệ xử lý vật liệu.
1.4.1.2. Cơ chế truyền nhiệt trong bức xạ hồng ngoại:
Đốt nóng bằng bức xạ hồng ngoại là sự truyền nhiệt năng theo dạng của sóng điện từ. Khi chiếu bức xạ hồng ngoại vào một đối tƣợng nào đó thì nó có thể hấp thụ hay phản xạ với một bƣớc sóng khác, khi đối tƣợng hấp thụ bức xạ sẽ nóng lên.
Nhiệt bức xạ hồng ngoại thay đổi theo hiệu quả phát xạ của nguồn, bƣớc sóng và tính phản xạ của đối tƣợng. Nhờ đặc tính này mà ngƣời ta có thể sử dụng nhiệt bức xạ có hiệu quả hơn trong những ứng dụng nhất định. Hiệu quả phát bức xạ phụ thuộc vào vật liệu của nguồn nhiệt, về cơ bản, hiệu quả này là tỷ lệ giữa năng lƣợng phát xạ và năng lƣợng hấp thụ, ngoài ra còn có một số yếu tố khác cũng ảnh hƣởng đến hiệu suất phát xạ. Giá trị phát xạ của nguồn còn dựa vào mức độ đen của vật. Mức độ đen của vật thể ɛ là tỉ số giữa khả năng bức xạ toàn phần của vật đó và khả năng bức xạ toàn phần của vật thể đen tuyệt đối cũng ở nhiệt độ đó.
Trong phổ điện từ vùng hồng ngoại đƣợc chia thành 3 khoảng bƣớc sóng khác nhau là: sóng ngắn, sóng trung và sóng dài.
Sóng ngắn (gần) từ 0,72-2 µm tƣơng ứng với nhiệt độ 7000- 21500
F Sóng trung (trung bình) từ 2-4µm tƣơng ứng với nhiệt độ 2150- 8450
F. Sóng dài (xa) từ 4-1000µm tƣơng ứng với nhiệt độ 845- < 320
F.
Khoảng bƣớc sóng hữu ích cho những ứng dụng của nhiệt bức xạ là từ 1,17-5,4µm tƣơng ứng với nhiệt độ 4000- 5000F. Ứng với khoảng bƣớc sóng này thì đa số các vật liệu sẽ bị đốt nóng và khô đi vì sự hấp thụ đạt đến cực đại.
Bƣớc sóng tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tức là bƣớc sóng càng dài thì nhiệt độ càng thấp.
1.4.1.3. Cơ chế sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại
Vật liệu sấy trong công nghiệp thực phẩm thƣờng đƣợc cấu tạo chủ yếu bởi chất hữu cơ và nƣớc, phổ hấp thụ năng lƣợng bức xạ của nƣớc và các chất hữu cơ là khác nhau.
Ở mỗi bƣớc sóng chất hữu cơ trở thành vật trong suốt (không hấp thụ năng lƣợng bức xạ hồng ngoại), nƣớc trở thành vật đen hấp thụ năng lƣợng bức xạ tối đa. Khi chiếu tia hồng ngoại có bƣớc sóng từ 2,5–3,5µm tƣơng ứng với bƣớc sóng mà nƣớc có thể hấp thụ năng lƣợng tối đa, kết quả là các phân tử nƣớc sẽ dao động mạnh, tạo thành ma sát và sinh nhiệt lớn.
Dƣới tác động của năng lƣợng bức xạ, phân tử nƣớc dễ dàng bị phân ly thành ion H+ và OH-, do đó làm cho ẩm trong vật liệu sấy thoát ra rất nhanh. Lúc này chiều chuyển động của dòng ẩm cùng chiều với chiều chuyển động của dòng nhiệt làm tăng quá trình khuếch tán nội, điều này trái ngƣợc với
cách gia nhiệt thông thƣờng là dòng nhiệt di chuyển từ lớp bên ngoài bề mặt vật liệu vào trong tâm vật liệu còn ẩm thì di chuyển từ trong ra ngoài bề mặt.
1.4.1.4. Ƣu nhƣợc điểm của công nghệ sấy bức xạ hồng ngoại:
Ƣu điểm
- Sản phẩm thu đƣợc trong quá trình sấy khô bằng bức xạ hồng ngoại không bị tổn thất về chất lƣợng, mùi vị, hàm lƣợng các vitamin đƣợc bảo toàn đồng thời sản phẩm lại đƣợc bảo đảm về mặt vệ sinh thực phẩm tốt.
- Màu sắc, mùi vị, các vitamin đƣợc đảm bảo không bị thất thoát trong quá trình bảo quản sản phẩm.
- Công nghệ sấy bức xạ gốm hồng ngoại cho phép tiết kiệm cả thời gian lẫn năng lƣợng. Phƣơng pháp này hoàn toàn không gây nguy hiểm và sử dụng hóa chất, chất độc.
- Công nghệ sấy bức xạ gốm hồng ngoại có ý nghĩa kinh tế xã hội to lớn và tính thiết thực cao, đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ nông nghiệp, sấy các loại hạt, rau quả, hạt giống để bảo quản và gieo trồng. - Trong lĩnh vực chế biến thủy sản công nghệ sấy này đƣợc ứng dụng để
sấy cá, mực, tôm, các sản phẩm thủy sản có giá trị cao khác. Trong y học sử dụng công nghệ này sấy các đối tƣợng sinh học quan trọng nhƣ enzym, mô động thực vật, máu, protein đảm bảo đƣợc tính chất, sản phẩm đạt chất lƣợng vệ sinh cao.
- Gradien nhiệt độ và độ ẩm ở lớp sát bề mặt vật là cùng chiều, do đó tăng cƣờng tốc độ khuếch tán nội dẫn tới tốc độ sấy tăng, tránh đƣợc quá nhiệt cục bộ và làm chai bề mặt sản phẩm trong quá trình sấy.
- Bức xạ hồng ngoại là một phƣơng pháp gia nhiệt sạch sẽ, an toàn, vô hại đối với ngƣời và môi trƣờng.
- Chi phí vận hành lắp đặt thấp, không tốn diện tích mặt bằng.
- Đặc biệt bức xạ hồng ngoại có khả năng tiê u d iệt côn trùng, vi sinh vật có hại ngay cả ở nhiệt độ thấp.
Nhƣợc điểm.
Nhiệt bức xạ hồng ngoại có nhƣợc điểm là khả năng xuyên thấu kém 7- 30mm nên chỉ thích hợp sấy các sản phẩm có kích thƣớc nhỏ, mỏng và ở dạng rời, không thích hợp sấy các sản phẩm có chiều dày lớn hơn 50mm.
1.4.2. PHƢƠNG PHÁP SAO RANG [7]
1.4.2.1. Bản chất
Là quá trình xử lý nhiệt, nhiệt truyền vào sản phẩm bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt. Nguyên liệu đƣợc đảo trộn liên tục.
Quá trình đƣợc gọi là sao khi nguyên liệu hoặc bán chế phẩm có dạng lá hoặc sợi, nhƣ chè, thuốc lá… Còn khi nguyên liệu có dạng hạt, viên… thì quá trình đƣợc gọi là rang (rang đậu, lạc…).
1.4.2.2. Mục đích
Mục đích chuẩn bị:
- Sao chè tƣơi: trong dây chuyền sản xuất chè xanh, nhằm làm giảm thủy phần, tăng độ đàn hồi, giảm thể tích và tiêu diệt enzyme, đồng thời làm mất mùi hăng tƣơi để tăng giá trị cảm quan cho chè. Nhiệt độ sao ≥ 2200C.
- Sao chè khô trong dây chuyền sản xuất che hƣơng: nhằm giảm thủy phần đến mức yêu cầu của giai đoạn ủ hƣơng (2- 3%) và tăng cƣờng hƣơng thơm tự nhiên của chè. Nhiệt độ sao 90-1000
C.
- Sao thuốc lá sợi bằng phƣơng pháp thủ công hoặc bán cơ giới để giảm thủy phần theo yêu cầu của giai đoạn phun hƣơng đồng thời tăng cƣờng hƣơng thơm tự nhiên.
- Rang cà phê hạt hoặc đỗ, gạo để giảm thủy phần và tạo hƣơng thơm cho sản phẩm nhằm phục vụ quá trình xay, nghiền cà phê thành dạng bột. Nhiệt độ sao 100÷ 2000C.
- Rang lạc nhân: làm chín và tạo hƣơng cho sản phẩm.
Ngoài ra, sao khô còn nhằm kéo dài thời gian bảo quản của sản phẩm: sao để làm giảm thủy phần do sản phẩm hút ẩm sau khi chế biến, tiêu diệt vi sinh vật xâm nhập vào sản phẩm trong thời gian bảo quản chè. Ví dụ sao lại chè, rang lại hạt, nhiệt độ sao, rang 60÷700C.
Sao rang còn nhằm hoàn thiện sản phẩm: tạo hình dáng và màu sắc đặc trƣng cho sản phẩm. Ví dụ: sao bóng cánh chè và tạo màu tro bạc cho cành chè xanh. Nhiệt độ sao 60÷700C.
1.4.2.3. Đặc điểm của quá trình sao, rang
Theo quan điểm vật lý: nguyên liệu bán thành phẩm sản phẩm. Ở đây, nguyện liệu, bán chế phẩm ở dạng rắn, rời qua thay đổi về thể tích, diện tích nhờ sự truyền nhiệt gián tiếp từ thành thiết bị bằng cách dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt chuyển thành sản phẩm có kích thƣớc, thể tích nhỏ hơn và vẫn ở dạng rắn, rời.
Yêu cầu về nhiệt độ của nguyên liệu, sản phẩm trong quá trình sao, rang là phải đồng đều toàn khối và đạt nhiệt độ yêu cầu tùy theo mục đích cần đạt tới và phải duy trì nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian nhất định.
1.4.2.4. Biến đổi của nguyên liệu trong quá trình sao, rang
Biến đổi vật lý:
Giảm trọng lƣợng:
g1 (100- W1) = g2 (100- W2) (kg)
Trong đó: g1, g2 là trọng lƣợng ban đầu và cuối của nguyên liệu, sản phẩm (kg) W1, W2 là độ ẩm ban đầu và cuối của nguyên liệu, sản phẩm (%)
g1 × (100-W1) 100 - W2
Giảm thể tích và do đó tăng trọng lƣợng riêng của sản phẩm.
Trọng lƣợng riêng của nguyên liệu và sản phẩm xác định bằng thực nghiệm.
Nhƣ vậy, nguyên nhân gây ra sự biến đổi vật lí nói trên chủ yếu là do sự thoát ẩm và tổn thất các chất bay hơi.
Biến đổi hóa lý: Sự biến đổi ẩm: dƣới tác dụng của nhiệt độ làm giảm hàm ẩm trong nguyên liệu.
Biến đổi hóa học: Phản ứng tạo màu của các hợp chất polyphenol, phản ứng melanoilidin, caramen hóa.
Biến đổi vi sinh: Khi nhiệt độ của vật liệu tăng lên quá 600C, protein bắt đầu đông tụ, vi sinh vật bị tiêu diệt dần cho đến gần nhƣ hoàn toàn sau khi sao, rang. Do vậy sản phẩm bảo quản đƣợc lâu hơn.
Biến đổi hóa sinh: Nhiệt độ khi sao làm các loại enzyme hầu nhƣ bị vô hoạt. Biến đổi cảm quan: Quá trình sao rang xúc tiến sự biến đổi tính chất sinh- lí- hóa của các thành phần tham gia cấu thành sản phẩm, làm cho sản phẩm chín, sử dụng đƣợc. Sự biến đổi đó cũng dẫn đến sự tạo thành hƣơng vị, màu sắc đặc trƣng có sức hấp dẫn đặc biệt, làm tăng giá trị cảm quan của sản phẩm.
1.4.2.5. Phƣơng pháp thực hiện
Thiết bị và vật liệu cùng tăng nhiệt độ: Nhiệt độ ban đầu của thiết bị và nguyên liệu bằng nhau, sau đó gia nhiệt để nâng nhiệt độ và giữa chúng có chênh lệch nhiệt độ vì nguyên liệu có độ ẩm cao hơn thƣờng dùng cho nguyên liệu dạng hạt.
Thiết bị tăng nhiệt độ trƣớc: thiết bị đƣợc gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu rồi mới cho nguyên liệu hoặc bán thành phẩm vào rang, sao. Thƣờng sử dụng cho sản phẩm có thời gian xử lý nhanh nhƣ nguyên liệu dạng lá nhất là lá tƣơi.
Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
2.1.1. Nguyên liệu
2.1.1.1. Rau Diếp cá
Rau Diếp cá tƣơi thu hoạch trong ngày từ thôn An Ninh, xã Diên An, huyện Diên Khánh, mua tại chợ Vĩnh Hải (Nha Trang). Sử dụng phần lá để thực hiện nghiên cứu.
2.1.1.2. Cam thảo đất
Cam thảo đất khô đƣợc mua ở tiệm thuốc nguyên liệu rễ thuốc Nam- Bắc tại chợ Đầm- Nha Trang. Cam thảo đất không bị mốc, không lẫn tạp chất, không có mùi lạ.
2.1.2. Vật liệu nghiên cứu
Giấy lọc: đƣợc mua tại phòng thí nghiệm Công nghệ Chế biến- Trƣờng Đại học Nha Trang.
2.1.3. Dụng cụ và thiết bị
Thiết bị sấy lạnh kết hợp với đèn bức xạ hồng ngoại: + Nguồn điện 220/1/50 (V/Ph/Hz)
+ Điện năng tiêu thụ: 3,8Kw
+ Kích thƣớc tủ: 700×650×1750 (m) Tủ sấy vuông 0- 3000C
Lò nung vuông DE- 5FKC, 10000C Máy xay khô
Nhiệt kế hiện số Model 93410-50 Cân điện tử V31XH202
+ Kích thƣớc 120L×120W×42H (mm) + Nguồn điện: Ac adaptor 220V
+ Độ chính xác -200×0,01g Chảo sao
Đồng hồ đo vận tốc gió 405-V1:
+ Testo 405 là thiết bị đo vận tốc gió trong hệ thống đƣờng ống, có thể đo đƣợc vận tốc không khí, lƣu lƣợng dòng chảy và nhiệt độ. (m/s, m3/h, 0C)
+ Dải đo 0÷5m/s tại -20÷00C. 0÷10m/s tại 0÷500C 0÷5m/s tại -20÷00C 0÷99,990m3/h tại -20÷500C + Độ phân giải: 0,01m/s/0,10 C + Độ chính xác: ±5%mv ±0,1m/s (2m/s) + Điện thế: 3pin (AAA)
+ Kích thƣớc: 300×16×12mm (W×L×H) Bếp ga
Các dụng cụ chế biến khác
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu.
2.2.1. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm xác định các thông số tối ƣu của quy trình theo phƣơng pháp cổ điển.
2.2.2. Phƣơng pháp phân tích hóa lý
Diếp cá là nguyên liệu mới do đó các chỉ tiêu hóa-lý của nó chƣa đƣợc quy định cụ thể rõ ràng, song có thể tham khảo theo yêu cầu đối với chè thảo mộc túi lọc (Phụ lục 1). Tuy nhiên, vì điều kiện không cho phép nên không thể xác định hết tất cả các thành phần hóa học cũng nhƣ hóa-lý của nguyên liệu, các biến đổi trong quá trình chế biến và của sản phẩm. Vì thế chỉ đƣa ra một số chỉ tiêu hóa-lý tự kiểm sau:
2.2.2.1 Xác định hàm ẩm: hàm ẩm của nguyên liệu, hàm ẩm của sản phẩm bằng phƣơng pháp sấy ở nhiệt độ cao (Phụ lục 3)
2.2.2.2 Xác định hàm lƣợng tro của nguyên liệu và sản phẩm bằng phƣơng pháp nung (Phụ lục 4)
2.2.3. Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng cảm quan của sản phẩm theo TCVN 3215-79 TCVN 3215-79
Phƣơng pháp cho điểm đƣợc sử dụng để đánh giá chất lƣợng sản phẩm. Dựa vào TCVN 3215 – 79 chọn đƣợc hệ số quan trọng của các chỉ tiêu cho sản phẩm trà túi lọc Diếp cá và Cam thảo đất.
Bảng 2.1: Bảng hệ số quan trọng của các chỉ tiêu
Tên chỉ tiêu Hệ số quan trọng
Trên 4 % 1. Màu sắc 1,0 25 2. Mùi 1,0 25 3. Vị 1,2 30 4. Trạng thái 0,8 20 Tổng 4,0 100 Cách tiến hành đánh giá
- Xác định về màu sắc: Pha nƣớc vào cốc thủy tinh chứa túi trà (200ml nƣớc/1túi), đặt cốc thủy tinh đối diện với nguồn sáng, quan sát dƣới ánh sáng tự nhiên.
- Xác định về mùi: Pha nƣớc vào cốc thủy tinh chứa túi trà (200ml nƣớc/1túi), và đậy bằng miếng kính sạch sau 5phút xác định mùi, đƣợc tiến hành ở nơi thoáng không có mùi lạ.
- Xác định về vị: Yêu cầu trƣớc khi thử 2h cảm quan viên không đƣợc dùng chất kích thích, không đƣợc hút thuốc và trƣớc mỗi lần xác định
phải súc miệng bằng nƣớc đun sôi để nguội. Khi tiến hành xác định vị cảm quan viên ống từng ngụm nhỏ để cảm nhận vị của sản phẩm. Ghi nhận và cho điểm.
- Xác định về trạng thái: Đặt cốc mẫu giữa nguồn sáng và mắt quan sát độ trong. Ghi nhận và cho điểm.
Cơ sở chấm điểm cho sản phẩm trà Diếp cá túi lọc
Bảng 2.2. Bảng điểm cảm quan của sản phẩm trà Diếp cá túi lọc.
STT
Tên chỉ tiêu
HSQT Điểm Cơ sở đánh giá
1 Màu sắc 1,0 5 4 3 2 1 0 Màu vàng đồng, sáng đặc trƣng cho sản phẩm. Màu vàng đồng, kém sáng. Màu vàng.
Màu vàng nhạt hoặc màu vàng nâu.
Màu vàng rất nhạt hoặc màu vàng nâu đậm. Không màu. 2 Mùi 1,0 5 4 3 2 1 0
Mùi thơm rất đặc trƣng, dễ chịu, hài hòa giữa diếp cá và cam thảo đất, độ lƣu mùi khá lâu, không có mùi lạ.
Mùi thơm khá đặc trƣng, độ lƣu mùi khá lâu, không có mùi lạ.
Mùi thơm đặc trƣng nhẹ, kém hài hòa, độ lƣu mùi khá lâu.
Mùi thơm nhẹ, kém hài hòa, độ lƣu mùi kém. Không có mùi đặc trƣng của sản phẩm, có thoảng mùi lạ.
có mùi lạ. 3 Vị 1,2 5 4 3 2 1 0
Đậm dịu dễ chịu, đặc trƣng cho sản phẩm, hài hòa giữa vị chua mát của diếp cá và vị ngọt, vị đắng dịu của cam thảo đất.
Vị chua dịu, đắng nhẹ đặc trƣng cho sản phẩm, khá hài hòa.
Vị chua, hơi đắng tƣơng đối đặc trƣng cho sản phẩm, kém hài hòa.
Vị chua hoặc đắng không đặc trƣng cho sản phẩm.
Sản phẩm không có vị đặc trƣng, hơi có vị lạ. Vị đắng gắt hoặc vị chua rõ tạo cảm giác khó chịu, có vị lạ. 4 Trạng thái 0,8 5 4 3 2 1 0
Nƣớc pha rất trong không vẩn đục, không có